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詳解5G NR標(biāo)準(zhǔn) 有哪些創(chuàng)新性的新技術(shù)

20年前，人們遠(yuǎn)程溝通的方式是打電話(huà)， 10年前是打電話(huà)、PC上網(wǎng)視頻聊天，5年前隨著移動(dòng)寬帶的飛速發(fā)展，絕大部分的應(yīng)用開(kāi)始通過(guò)移動(dòng)寬帶（MBB）來(lái)實(shí)現(xiàn)。手機(jī)逐漸成為人們?nèi)粘２豢煞珠_(kāi)的部分，吃飯玩“吃雞”、走路“打農(nóng)藥”、出行共享單車(chē)、購(gòu)物掃碼，可以隨時(shí)隨地享受移動(dòng)寬帶開(kāi)來(lái)的便利與娛樂(lè)體驗(yàn)。也就是我們所說(shuō)的，無(wú)線(xiàn)通信在2G時(shí)代是語(yǔ)音，3G時(shí)代是數(shù)據(jù)，4G時(shí)代是移動(dòng)寬帶MBB。

天下功夫，唯快不破！ 5G時(shí)代的eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）業(yè)務(wù)，可以帶你體驗(yàn)20Gbps的峰值速率，AR/VR, 超高清視頻直播等；uRLLC（超高可靠超低時(shí)延通信）業(yè)務(wù)，可以帶你體驗(yàn)炫酷的無(wú)人駕駛、遠(yuǎn)程駕駛；mMTC(大規(guī)模機(jī)器通信)業(yè)務(wù)，可以通過(guò)打造智能工廠(chǎng)、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)等實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

近日，工信部IMT-2020(5G)推進(jìn)組正式發(fā)布了5G第三階段研發(fā)試驗(yàn)規(guī)范，5G第三階段研發(fā)試驗(yàn)已啟動(dòng)。該研發(fā)試驗(yàn)基于3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建統(tǒng)一環(huán)境，開(kāi)展系統(tǒng)驗(yàn)證，指導(dǎo)5G面向商用的產(chǎn)品研發(fā)，推動(dòng)產(chǎn)品成熟和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。該試驗(yàn)將對(duì)核心網(wǎng)、基站、終端和互操作性等支撐5G商用的關(guān)鍵特性進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，預(yù)計(jì)完成時(shí)間為2018年第4季度。

本階段研發(fā)試驗(yàn)將基于3GPP新發(fā)布的5G NSA標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展測(cè)試驗(yàn)證工作。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)NSA使用4G核心網(wǎng)（EPC），以4G作為控制面的錨點(diǎn)，采用LTE 與 5G NR（New Radio，新空口）雙連接的方式，利用現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)部署5G，以滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商快速實(shí)現(xiàn)5G部署的需求。

下面就讓小編給大家具體講講有哪些創(chuàng)新性的新技術(shù)...

全新頻譜

寬頻支持大帶寬

兵馬未動(dòng)，糧草先行。頻譜是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的基礎(chǔ)資源。未來(lái)5G先發(fā)頻段是C-band（頻譜范圍為3.3GHz-4.2GHz， 4.4GHz-5.0GHz）和毫米波頻段26GHz/28GHz/39GHz。相應(yīng)地，3GPP量身打造了n77，n78，n79，n257，n258和n260。

5G采用了寬頻方式定義頻段，形成了少數(shù)幾個(gè)統(tǒng)一頻段，大大降低了終端（手機(jī)）支持漫游的復(fù)雜度。5G的大帶寬由20MHz，增加到在C-band上大支持100MHz，在毫米波上大支持400MHz。相當(dāng)于路寬了，下載或上傳的速度將大幅提升。另外，5G采用更為先進(jìn)的符號(hào)成型技術(shù)，如Filter-OFDM，降低了頻譜邊緣保護(hù)帶的開(kāi)銷(xiāo)，相比4G，在同樣的標(biāo)稱(chēng)帶寬下，傳輸帶寬有了明顯的提升。

全新終端形態(tài)

多天線(xiàn)提升下行速率

多天線(xiàn)的使用帶來(lái)了空間復(fù)用增益，可以大幅度提升容量。但對(duì)于特定終端，能支持的復(fù)用層數(shù)，受限于接收天線(xiàn)的數(shù)目。現(xiàn)在大家所使用的終端（手機(jī)）標(biāo)配的接收天線(xiàn)數(shù)目為兩個(gè)，因此能支持大復(fù)用層數(shù)為兩層。未來(lái)使用4收天線(xiàn)的終端將成為主流。5G NR將標(biāo)配的接收天線(xiàn)數(shù)目提升了一倍。相比2收、4收終端可以大幅提升下行速率。

●上下行解耦技術(shù)，補(bǔ)齊上行覆蓋短板

通過(guò)C-band大帶寬和多天線(xiàn)接收技術(shù)，用戶(hù)享受了更快的下載速率，但由于C-Band的傳輸特性，以及終端上行發(fā)射功率等限制，5G小區(qū)的上行覆蓋受限嚴(yán)重。如果和現(xiàn)有1.8GHz的LTE共站部署，覆蓋有明顯短板，只有小區(qū)中心的部分用戶(hù)才能享受5G帶來(lái)的更高速率體驗(yàn)。

上下行解耦就是針對(duì)這一問(wèn)題提出的創(chuàng)新頻譜使用技術(shù)，3GPP中的正式名稱(chēng)是 LTE-NR UL coexistence，用LTE低頻空閑頻譜共享給NR上行使用，既彌補(bǔ)了C-Band以及高頻在上行覆蓋上的不足，又充分利用了LTE空閑頻譜的無(wú)線(xiàn)資源，一舉兩得，以通用的方案應(yīng)用于NSA和SA的模式，使得提供5G基礎(chǔ)覆蓋的同時(shí)，又能節(jié)省運(yùn)營(yíng)商部署成本，是加速5G部署的*特性。

華為與英國(guó)運(yùn)營(yíng)商EE在倫敦商用網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了上下行解耦的外場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用了上下行解耦后，3.5GHz的覆蓋半徑提升了73%，在用戶(hù)體驗(yàn)提升10倍的前提下達(dá)到了與1.8GHz的同覆蓋。

全新物理層技術(shù)框架

保障系統(tǒng)靈活性有效性

●新波形

LTE下行支持CP-OFDM（沒(méi)有DFT預(yù)變換）波形，上行僅支持DFT-s-OFDM的波形。NR在此基礎(chǔ)上在上行也引入了CP-OFDM的波形，可以支持更加靈活的數(shù)據(jù)調(diào)度。同時(shí)NR的系統(tǒng)帶寬利用率高可達(dá)97%（LTE為90%），增加了運(yùn)營(yíng)商的頻譜利用價(jià)值。

●靈活的空口設(shè)置

和前代通信技術(shù)使用固定的15KHz子載波間隔和1ms的子幀長(zhǎng)度相比，5G NR引入了更加靈活的空口設(shè)置，比如靈活的子載波間隔（數(shù)據(jù)在不同band上支持15KHz到120KHz的子載波間隔）和靈活的幀結(jié)構(gòu)（全下行，全上行，下行為主和上行為主的幀結(jié)構(gòu)），以適應(yīng)不同的信道類(lèi)型和業(yè)務(wù)類(lèi)型。并且不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型（如eMBB和uRLLC）可以通過(guò)FDM的方式同時(shí)發(fā)送，提高了系統(tǒng)傳輸?shù)撵`活性。

●增強(qiáng)的多天線(xiàn)技術(shù)

5G NR引入了多項(xiàng)多天線(xiàn)增強(qiáng)技術(shù)，大幅提高了頻譜效率、小區(qū)覆蓋和系統(tǒng)靈活性。

提高頻譜效率：

對(duì)于單用戶(hù)而言，基于非碼本的上行傳輸機(jī)制，減少了前代通信技術(shù)使用碼本進(jìn)行預(yù)編碼，所產(chǎn)生的量化誤差，可提供更的信道信息，有效的增強(qiáng)上行頻譜效率；

對(duì)于多用戶(hù)而言，相對(duì)于LTE所支持的4流，5G NR上下行支持正交12流的多用戶(hù)配對(duì)，并且通過(guò)增強(qiáng)的干擾測(cè)量和反饋技術(shù)，可顯著提高上下行頻譜效率。 

對(duì)于TDD來(lái)說(shuō)，探測(cè)參考信號(hào) （SRS） 可以在不同的載波之間，或者同一載波的不同天線(xiàn)之間切換發(fā)送，利用信道互易性，進(jìn)一步提升TDD系統(tǒng)的信道反饋精度和頻譜效率；

增強(qiáng)小區(qū)覆蓋：    

5G NR采用波束賦型的測(cè)量和反饋機(jī)制，可同時(shí)應(yīng)用于初始接入、控制和數(shù)據(jù)信道。波束賦型（Beamforming）是多天線(xiàn)技術(shù)的一種，是指gNodeB/UE對(duì)PDSCH/PUSCH（Physical Downlink /Uplink Shared CHannel）上/下行信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，形成對(duì)準(zhǔn)UE/gNodeB的窄波束，將發(fā)射能量對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)用戶(hù)，從而提高目標(biāo)UE/gNodeB的解調(diào)信噪比。

對(duì)于初始接入來(lái)說(shuō)，改進(jìn)了LTE時(shí)期基于廣播的機(jī)制，升級(jí)為基于波束賦型的機(jī)制，從而提高了系統(tǒng)覆蓋率；采用波束賦形，可增強(qiáng)控制信道的覆蓋范圍，從而擴(kuò)大了小區(qū)半徑，也可以提高傳輸成功率，尤其適應(yīng)于高頻傳輸。

此外，還有增強(qiáng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，如解調(diào)導(dǎo)頻、相位跟蹤導(dǎo)頻和時(shí)頻跟蹤導(dǎo)頻，相對(duì)于LTE來(lái)說(shuō)，可以有效地減小開(kāi)銷(xiāo)，提供更信道的信息。

●全新的信道編碼

和前代通信技術(shù)數(shù)據(jù)信道用turbo碼、控制信道用TBCC等編碼方式相比，5G NR采用了全新的信道編碼方式，即數(shù)據(jù)信道用LDPC編碼，控制信道和廣播信道用Polar編碼。這一改進(jìn)可以提高NR信道編碼效率，適應(yīng)5G大數(shù)據(jù)量，高可靠性和低時(shí)延的傳輸需求。    

●CU-DU 分離技術(shù)

通過(guò)引入中央控制單元（Central Unit）,一方面，在業(yè)務(wù)層面可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)資源的統(tǒng)一管理、移動(dòng)性的集中控制，從而進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能；另一方面，在架構(gòu)層面，CU既可以靈活集成到運(yùn)營(yíng)商云平臺(tái)，也可以專(zhuān)有硬件環(huán)境上用云化思想設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)資源池化、部署自動(dòng)化，降低OPEX/CPAX的同時(shí)提升客戶(hù)體驗(yàn)。

全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

使能一網(wǎng)多營(yíng)

基于服務(wù)架構(gòu)的核心網(wǎng)定義、端到端的5G網(wǎng)路切片技術(shù)將催生新的商業(yè)模式，助力行業(yè)與社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

●服務(wù)化架構(gòu)

和4G基于網(wǎng)元和網(wǎng)元間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)相比，5G核心網(wǎng)控制面為基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（Service Based Architecture, SBA）。服務(wù)化架構(gòu)支持網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的按需部署，使能靈活的網(wǎng)絡(luò)切片；減少新網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的TTM，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速創(chuàng)新。服務(wù)化架構(gòu)采用組件化、可重用、自包含等原則定義網(wǎng)絡(luò)功能，網(wǎng)絡(luò)功能通過(guò)其通用的服務(wù)化接口向其它允許使用其服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)功能提供服務(wù)。

●網(wǎng)絡(luò)切片  

5G系統(tǒng)架構(gòu)和前幾代移動(dòng)通信系統(tǒng)相比顯著的關(guān)鍵區(qū)別就是網(wǎng)絡(luò)切片。4G網(wǎng)絡(luò)某種程度通過(guò)“專(zhuān)有核心網(wǎng)”的特性支持網(wǎng)絡(luò)切片。對(duì)比而言，5G網(wǎng)絡(luò)切片是一個(gè)更強(qiáng)大的概念，它包括整個(gè)PLMN。在3GPP 5G系統(tǒng)架構(gòu)的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)切片是指一組3GPP定義的特征和功能，它們一起組成向UE提供服務(wù)的一個(gè)完整PLMN網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)切片允許根據(jù)控制按需的把網(wǎng)絡(luò)功能組成PLMN，這些網(wǎng)絡(luò)功能根據(jù)特定應(yīng)用場(chǎng)景提供其功能及所定義的服務(wù)。比如可以有手機(jī)切片、車(chē)聯(lián)網(wǎng)切片、遠(yuǎn)程醫(yī)療切片、物聯(lián)網(wǎng)切片等。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用將帶領(lǐng)通信行業(yè)與其他行業(yè)深度融合，也必將催生新的商業(yè)模式，加速行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐。

●邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算通過(guò)將應(yīng)用服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)邊緣遷移，實(shí)現(xiàn)服務(wù)內(nèi)容本地化，減少傳輸時(shí)延和對(duì)網(wǎng)絡(luò)回傳高帶寬的需求。同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的雙向交互，有效提升了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的融合來(lái)提升服務(wù)水平。

邊緣計(jì)算技術(shù)成為5G網(wǎng)絡(luò)原生支持的特性，邊緣計(jì)算的思路融入到整個(gè)5G系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的各方面：網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用雙向交互的通信架構(gòu)；用戶(hù)面的靈活部署和靈活選擇，包括應(yīng)用對(duì)用戶(hù)面選擇的影響；多錨點(diǎn)的會(huì)話(huà)（同時(shí)接入本地和云端）服務(wù)連續(xù)性支持（SSC mode）；本地接入網(wǎng)絡(luò)的支持（LADN）；適應(yīng)多種業(yè)務(wù)的靈活的QoS機(jī)制。

●統(tǒng)一鑒權(quán)框架 

統(tǒng)一鑒權(quán)框架通過(guò)支持新的鑒權(quán)協(xié)議（如EAP）和融合的鑒權(quán)接口、網(wǎng)元，使5G網(wǎng)絡(luò)可以支持多種信任狀，融合不同類(lèi)型的接入技術(shù)和終端類(lèi)型，提高運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)面向新業(yè)務(wù)場(chǎng)景和垂直行業(yè)的可擴(kuò)展性。

5G標(biāo)準(zhǔn)的制定，遵循一定的規(guī)劃與節(jié)奏進(jìn)行的。3GPP將5G標(biāo)準(zhǔn)分成2個(gè)大的階段來(lái)完成，個(gè)是Release15，主要面向eMBB場(chǎng)景，包括：NSA（Non-Standalone, 非獨(dú)立組網(wǎng)）和SA（Standalone，獨(dú)立組網(wǎng)）兩個(gè)階段。獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)就是使用5G NR以及5G核心網(wǎng)，將在2018年6月完成；第二個(gè)是Release16，將在2019年12月完成，主要面向uRLLC和mMTC兩大場(chǎng)景。

展望2018，產(chǎn)業(yè)鏈將進(jìn)一步圍繞3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)投入產(chǎn)品研發(fā)，加速5G商用部署的進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)5G時(shí)代的萬(wàn)物感知、萬(wàn)物互聯(lián)、萬(wàn)物智能的宏偉藍(lán)圖。